The aim of this paper is to present a new sustainable ternary and quaternary binder by partially replacing ordinary Portland cement (OPC) with different percentages of supplementary cementitious materials. The motivation is to reduce our dependency on OPC to reduce CO2 emission and carbon foot print. As the main substitute for the OPC, siliceous fly ash was used. Moreover, silica fume and nanosilica were also used. During examinations the main mechanical parameters of concrete composites, i.e., compressive strength (fcm) and splitting tensile strength (fctm) were assed. The microstructure of these materials was also analysed. It was found that the concrete incorporating pozzolanic materials is characterized by a well-developed structure and has high values of mechanical parameters. The quaternary concrete containing: 80% OPC, 5% FA, 10% SF, and 5% nS have shown the best results in terms of good strength parameters as well as the most favourable microstructure, whereas the worst mechanical parameters with microstructure containing microcracks at phase interfaces were characterized by concrete with more content of FA additive in the concrete mix, i.e., 15%. Nevertheless, all concretes made on quaternary binders had better parameters than the reference one. It can be stated that sustainable concrete incorporating pozzolanic materials could be good substitute of ordinary concretes.
Journal of Korean Society of Environmental Engineers
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v.29
no.8
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pp.909-914
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2007
Fluorine compounds are the essential chemicals for wet processes of semiconductor and LCD production line. Problems of conventional treatments for fluoride wastewater are their high operation costs and low fluoride removal capacity. In this study, cement paste containing various Ca-bearing hydrates such as portlandite, calcium silicate hydrate(CSH), and ettringite was investigated for fluoride removal. The objectives of this study are to assess the feasibility of using cement paste cured mixture of cement and water as an alternative agent for treatment of fluoride wastewater and to investigate fluoride removal capacity of the cement paste. The performance of cement paste was comparable to that of lime in the kinetic test. In column experiment where the effluent fluoride concentrations were below 0.5 mg/L. Then the leached calcium reached the maximum level of 800 mg/L. The nitrate reduced to the level of less than 10 mg/L. Nitrate in the wastewater was exchanged with interlayer sulfate of these cement hydrate LDHs. Phosphate concentration could be reduced to 10 mg/L by forming calcium phosphate. These results indicate that the cement paste generally has advantageous characteristics as an economical and viable substitute for lime to remove fluoride.
Journal of the Korea Institute of Building Construction
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v.17
no.1
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pp.47-54
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2017
Cement industry is typical carbon-emission industry. If the industrial by-products(granulated blast-furnace slag (GGBFS), fly ash, etc.) are used a large amount, it might be able to reduce cement consumption and mitigate carbon emissions. In this case, however, decrease of early strength is relatively large. Therefore, there is a limitation in increase of the amount of substitute. Considering these circumstances, it would be a good solution to reduce carbon emissions in cement industry to improve the performances of mixed cement through proper alkali-activation in Portland blended cement using GGBFS or fly ash. Therefore, this study prepared concrete in ready-mixed concrete manufacturing facilities with an addition of a binder which used 2.0% modified alkali sulfate activator after mixing Portland cement, GGBFS and fly ash in the ratio of 4:4:2 and assessed its basic properties. The results found the followings: The use of modified alkali-sulfate activator slightly reduced slump and shortened setting time. As a result, bleeding capacity decreased while early strength improved. In addition, there is no big difference in carbonation resistance. It appears that there should be continued experiments and analyses on the related long-term aged specimens.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.22
no.2
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pp.154-160
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2018
Cement industries are considered key industries for reducing carbon emissions, and efforts are off the ground to reduce the use of cement in the concrete sector. As a part of this effort, research is off the ground to utilize a large amount of industrial by-products that can be used as a substitute for a part of cement. Concrete using industrial by-products has advantages such as durability, environment friendliness and economical efficiency, but there are problems such as retarding and early-age strength deterioration. Therefore, this study aimed to reduce the use of cement and solve the problem of early-age strength deterioration while using fly ash, which is an industrial by-product. Accordingly, it was confirmed that the strength was improved at all ages irrespective of curing temperature by accelerating the hydration reaction by using high fineness cement. Subsequently, high fineness cement was partially replaced with fly ash and the strength development characteristics were examined. As a result, it was possible to exhibit strength equal to or higher than ordinary portland cement even at the early age. Also, it was confirmed that even when the fly ash is replaced by 30%, it is possible to shorten the time for dismantling the forms of vertical and horizontal members.
Recently, the press and institute recognized fly ash as it had excellent performance. Its research and applications are on the rise largely as a substitute for cement. On the contrary, it is in a situation that the regulation of high fineness fly ash remains at a low level. As for the fly ash in $3,000{\sim}4,500\;cm^2/g$ class fineness regulated in KS L 5405, it is used by substituting it around the unit weight of cement 20%. Accordingly, the regulation in upper classification is in a situation of being insufficient. Therefore, this study aimed to establish 4000, 6000, and 8000 class of fineness of fly ash and three levels of substitute like 15%, 30%, and 45% in order to analyze the substitute and effect of water-binder ratio for fly ash that affected the properties of ternary system concrete. As a result of experiment by planning water-binder ratio for two levels like 40% and 50%, the more replacement ratio and fineness of fly ash increased in the performance not hardened, the more the fluidity increased. This study has found out that the air content decreased, and that there was setting acceleration and it decreased the heat of hydration. In addition, as for the strength properties in a state of performance hardened concrete, the more the replacement ratio and the ratio of water-binding materials increased, the more it had a tendency of being decreased.
To investigate the relation between pore fluid conductivity and bulk resistivity of a rock sample it is assumed that electrolyte solution perfectly substitute the pore fluid that occupied the pore space within the sample in general. In this study, it is investigated that how much can the electrolyte solution substitute the pore fluid by repeating the same saturation process. Four kinds of NaCl solutions of 8, 160, 3200, 64000 ${\mu}S$/cm are used. The saturation process has repeated four times for each electrolyte in increasing conductivity order first then four times each in decreasing order. The more the saturation process repeated with the same electrolyte, the more electrolyte solution substitute the pore fluid. Geometric mean of bulk resistivity in increasing and decreasing orders with the same electrolyte solution is assumed to be mostly close to the bulk resistivity with perfect substitution. Bulk resistivity measurements for both increasing and decreasing order differs within 10% to the geometric mean when repeating the saturation process 4 times while maximum 40% difference is observed when single saturation process for each electrolyte solution with increasing order. The modified parallel resistant model can generally represent the relations between pore fluid resistivity and bulk resistivity in the experiment, but more experimental data with various rock samples with different porosity is needed to generalize the model.
Journal of the Korea institute for structural maintenance and inspection
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v.16
no.3
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pp.67-74
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2012
Bio-char, obtained from biomass as a by-product of the pyrolysis process, is used successfully as a soil amendment and carbon sequester in this limited study. Recent and active research from literatures has extended the application of bio-char in the industry to promote sustainability and help mitigate the negative environmental impacts caused by carbon emissions. This study aims to investigate the feasibility of high-carbon bio-char as a carbon sequester and/or admixture in mortar and concrete to improve the sustainability of concrete. This paper presents the experimental results of an initial attempt to develop a cement admixture using bio-char. In particular, the effects of the water retention capacity of bio-char in concrete are investigated. The chemical and mechanical properties (e.g., the chemical components, microstructure, concrete weight loss, compressive strength and mortar flow) are examined using sample mortar mixes with varying replacement rates of cement that contains hardwood bio-char. The experimental results also are compared with mortar mixes that contain fly ash as the cement substitute.
Tendon reinforced cemented soil is applied extensively in foundation stabilisation and improvement, especially in areas with soft clay. To solve the deterioration problem led by steel corrosion, the glass fiber-reinforced polymer (GFRP) tendon is introduced to substitute the traditional steel tendon. The interface bond strength between the cemented soil matrix and GFRP tendon demonstrates the outstanding mechanical property of this composite. However, the lack of research between the influence factors and bond strength hinders the application. To evaluate these factors, back propagation neural network (BPNN) is applied to predict the relationship between them and bond strength. Since adjusting BPNN parameters is time-consuming and laborious, the particle swarm optimisation (PSO) algorithm is proposed. This study evaluated the influence of water content, cement content, curing time, and slip distance on the bond performance of GFRP tendon-reinforced cemented soils (GTRCS). The results showed that the ultimate and residual bond strengths were both in positive proportion to cement content and negative to water content. The sample cured for 28 days with 30% water content and 50% cement content had the largest ultimate strength (3879.40 kPa). The PSO-BPNN model was tuned with 3 neurons in the input layer, 10 in the hidden layer, and 1 in the output layer. It showed outstanding performance on a large database comprising 405 testing results. Its higher correlation coefficient (0.908) and lower root-mean-square error (239.11 kPa) were obtained compared to multiple linear regression (MLR) and logistic regression (LR). In addition, a sensitivity analysis was applied to acquire the ranking of the input variables. The results illustrated that the cement content performed the strongest influence on bond strength, followed by the water content and slip displacement.
Recently, numerous studies are being performed to examine alkali-activated cement which uses industrial by-products, such as GGBS and fly ash, as well as alkali activators. Alkali-activated cement is a type of binder that exerts the same strength as cement without using cement by mixing industrial by-products with alkali activators. Alkali activators, which are used mainly for carbon-reducing technologies and alkali activation, are expensive and difficult to apply in the field due to risks related to strong alkalinity. Therefore, this study intends to explore methods to use red mud as a substitute for an alkali activator. To that end, this study has evaluated engineering properties, such as flow and strength, of CLSM that uses red mud and paper sludge ash as binders and its possibility to cause soil pollution. This study also aims to present the appropriate mixing ratios of red mud and paper sludge ash to produce CLSM.
Objectives: This study aimed to evaluate the interface between a calcium silicate cement (CSC), Biodentine and dental adhesives in terms of sealing ability. Materials and Methods: Microleakage test: 160 standardized class II cavities were prepared on 80 extracted human molars. The cavities were filled with Biodentine and then divided into 2 experimental groups according to the time of restoration: composite resin obturation 15 minutes after Biodentine handling (D0); restoration after 7 days (D7). Each group was then divided into 8 subgroups (n = 5) according to the adhesive system used: etch-and-rinse adhesive (Prime & Bond); self-etch adhesive 2 steps (Optibond XTR and Clearfil SE Bond); self-etch adhesive 1 step (Xeno III, G-aenial Bond, and Clearfil Tri-S Bond); and universal used as etch-and-rinse or self-etch (ScotchBond Universal ER or SE). After thermocycling, the teeth were immersed in a silver nitrate solution, stained, longitudinally sectioned, and the Biodentine/adhesive percolation was quantified. Scanning electron microscopic observations: Biodentine/adhesive interfaces were observed. Results: A tendency towards less microleakage was observed when Biodentine was etched (2.47%) and when restorations were done without delay (D0: 4.31%, D7: 6.78%), but this was not significant. The adhesives containing 10-methacryloyloxydecyl dihydrogen phosphate monomer showed the most stable results at both times studied. All Biodentine/adhesive interfaces were homogeneous and regular. Conclusions: The good sealing of the CSC/adhesive interface is not a function of the system adhesive family used or the cement maturation before restoration. Biodentine can be used as a dentine substitute.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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